고온 회전 씰: 재료 및 설계

고온 회전 씰: 재료 및 설계

고온 응용 분야에서 회전 씰이 중요한 이유

회전 씰은 회전 기계의 유체 밀폐 상태를 유지하고 오염을 방지하는 데 중요한 역할을 합니다. 증기 펌프, 터빈 베어링, 압출 장비, 일부 항공우주 및 자동차 시스템과 같은 고온 환경에서는 고온에 노출되면 씰링 재료의 거동이 근본적으로 달라집니다. 설계자와 유지보수 팀은 씰링력을 유지하고 열 열화를 방지하며 허용 가능한 마찰 및 마모 특성을 유지하는 회전 씰을 선택해야 합니다. '회전 씰'이라는 키워드는 제품 선택과 상업적 요구를 모두 반영합니다. 적합한 회전 씰을 선택하면 가동 중단 시간과 총 소유 비용이 절감됩니다.

고온에서 회전 씰의 주요 고장 모드

고온은 회전 씰의 여러 가지 고장 모드를 가속화합니다. 여기에는 열 노화(취성, 경화), 압출 및 립 변형, 가속된 화학적 침식, 엘라스토머 복원력 손실, 그리고 열 발생으로 이어지는 마찰 변화 등이 있습니다. 열적 열화는 수축과 균열을 유발할 수 있으며, 동적 불안정성은 누출과 최종 부품 고장으로 이어질 수 있습니다. 이러한 고장 모드를 이해하면 수명과 신뢰성을 위해 적합한 재료와 설계를 선택하는 데 도움이 됩니다.

고온 회전 씰용 재료

고온 회전 씰의 경우, 소재 선택은 종종 첫 번째이자 가장 중요한 결정입니다. 일반적인 소재로는 충진 PTFE 컴파운드, FKM(Viton), FFKM(Kalrez와 같은 과불소 탄성체), 실리콘, 특수 열가소성 플라스틱(PEEK, PAI) 또는 흑연 함침 소재 등이 있습니다. 아래는 실제 작동 온도 범위, 주요 장점, 그리고 일반적인 한계점을 요약한 간략한 비교표입니다.

아래에 범위와 속성에 대한 출처가 인용되어 있습니다.

회전 씰의 재료 트레이드오프를 읽는 방법

재료를 선택하려면 탄성(립 접촉을 유지하고 샤프트 정렬 불량을 보상하기 위한), 열 안정성, 마찰, 그리고 화학적 적합성의 균형을 맞춰야 합니다. 엘라스토머(FKM, FFKM)는 밀봉 복원력과 회복성을 제공하며, 열가소성 수지와 충진 PTFE는 낮은 마찰력, 고온 내구성, 그리고 화학적 불활성을 제공하지만, 밀봉 접촉을 유지하기 위해서는 신중한 설계가 필요합니다(예: PTFE에 전원을 공급하는 설계 또는 O-링에 전원을 공급하는 프로파일). 회전 씰의 경우, 역학이 중요합니다. 마찰 열, 샤프트 표면 거칠기, 그리고 회전 속도는 재료 특성과 상호 작용하여 실제 성능을 결정합니다.

고온 회전 씰에 대한 특정 설계 고려 사항

고온 환경에서 씰 수명을 유지하는 설계 선택 사항에는 열 팽창에 대한 인코더, 적절한 방사형 간극, 그리고 압출 방지 장치 사용이 포함됩니다. 주요 제안 사항은 다음과 같습니다.

• PTFE를 선택하여 밀봉 예압을 제공하는 경우 스프링 구동식 또는 O-링 구동식 립 씰을 사용하십시오.
• 시동 시 마찰을 줄이려면 비대칭 립 프로필을 고려하세요.
• 변형을 방지하기 위해 열 계수가 일치하는 스프링과 금속 부품을 선택하세요.
• 재료에 적합한 광택 처리된 샤프트 마감을 제공합니다. PTFE/충전 PTFE는 매우 매끄러운 샤프트가 필요한 부드러운 엘라스토머보다 약간 거친 마감에서 가장 좋은 성능을 발휘합니다.
• 유체 필름 윤활: 고속 회전 씰의 경우 마모를 낮게 유지하는 윤활 방식을 보장해야 합니다. 일부 고온 오일은 급격히 묽어지므로 이를 고려하세요.

씰링 솔루션: 립 씰, 회전 샤프트 씰 및 오일 씰

회전 씰은 다양한 구조로 제공됩니다. 립 씰(단일 립 또는 이중 립)은 범용 회전 씰링에 일반적이며, 오일 씰은 축방향 예압을 위해 가터 스프링이 장착된 특수 립 씰입니다. 기계적 페이스 씰(단면 스프링 씰) 또는 PTFE 러너와 엘라스토머 에너자이저를 결합한 하이브리드 설계는 고온이 엘라스토머 한계를 초과하는 경우에 사용됩니다. 고온 회전 씰의 경우, 엘라스토머 수명이 충분하지 않을 때 O링이 있는 하이브리드 PTFE 또는 금속 흑연 페이스 씰이 일반적인 선택입니다.

고온 회전 씰에 대한 테스트 및 자격

시험은 정적 노화, 작동 온도 및 속도에서의 동적 내구성, 화학 물질 노출, 열 사이클링 등 실제 사용 조건을 시뮬레이션해야 합니다. 유용한 표준 및 사례로는 엘라스토머 노화 시험(내열성 ASTM D572), 동적 밀봉 시험 장비(맞춤형 시험대), 경도 변화, 압축 영구변형(ASTM D395), 치수 안정성 검증 등이 있습니다. 누설량 대비 작동 시간, 토크 변화, 마모 입자 분석을 기록하면 재료 선정에 유용한 데이터를 얻을 수 있습니다.

고온 회전 씰의 설치, 유지 관리 및 문제 해결

올바르게 설치하면 씰 손상이 최소화되고 서비스 수명이 단축됩니다. 팁:

• 적절한 설치 도구를 사용하고 날카로운 모서리를 피하고 샤프트를 모따기합니다.
• 글랜드 치수를 제어하고 열 팽창을 고려하여 권장되는 여유 공간을 준수합니다.
• 개조의 경우, 홈과 흠집이 있는지 접합면을 검사하고, 손상된 샤프트는 재작업하거나 교체합니다.
• 초기 성능 모니터링: 누출이나 토크가 증가하면 열적 저하나 설비 손상을 나타낼 수 있습니다.
• 심각한 서비스 환경에서는 계획된 간격으로 씰을 교체합니다. 서비스 기록을 추적하여 교체 간격을 조정합니다.

Polypac: 고온 회전 씰을 위한 전문성과 제품

회전 씰 및 고온 작업을 위한 Polypac의 역량

폴리팩은 과학과 기술유압 씰씰 생산, 씰링 소재 개발 및 맞춤형 제작을 전문으로 하는 제조업체 및 오일 씰 공급업체밀봉 솔루션특수 작업 조건을 위한 Polypac의 맞춤형 고무 링 및 O-링 공장은 10,000제곱미터가 넘는 부지에 위치하고 있으며, 8,000제곱미터 규모의 공장을 보유하고 있습니다. 당사의 생산 및 시험 장비는 업계 최고 수준입니다. 중국 최대 규모의 씰 생산 및 개발 기업 중 하나로서, 당사는 국내외 여러 대학 및 연구 기관과 장기적인 소통과 협력 관계를 유지하고 있습니다.

2008년에 설립된 Polypac은 청동 충진 PTFE, 탄소 충진 PTFE, 흑연 PTFE, MoS₂ 충진 ​​PTFE, 유리 충진 PTFE 등 충진 PTFE 씰을 제조하는 것으로 시작했습니다. 현재는 NBR, FKM, 실리콘, EPDM, FFKM 등 다양한 소재로 제작된 O-링을 포함하여 제품 라인을 확장했습니다.

고온 회전 씰 요구 사항에 Polypac을 선택하는 이유

Polypac은 PTFE 충전재와 광범위한 엘라스토머 제품군을 통해 실용적인 고온 회전 씰을 제공할 수 있는 입지를 굳건히 다졌습니다. 주요 장점:

• 심층적인 소재 전문성: 고온용 PTFE 제형과 엘라스토머 선택에 대한 오랜 경험.
• 생산 및 테스트 역량: 대규모 공장과 현대식 장비를 통해 일관된 품질 관리와 맞춤형 생산이 가능합니다.
• R&D 파트너십: 대학 및 연구소와의 협업을 통해 재료 적격성 평가 및 맞춤형 솔루션이 가속화됩니다.
• 제품 범위: 회전 밀봉 요구 사항을 지원하는 핵심 제품에는 O-링, 로드 씰, 피스톤 씰이 포함됩니다.엔드 페이스 스프링 씰, 스크레이퍼 씰, 로터리 씰,백업 링, 그리고 먼지 고리.

핵심 경쟁력: 맞춤형 화합물 제형, 충전을 위한 정밀 가공PTFE 구성 요소열, 화학, 기계적 극한 상황에 대비해 표준형과 맞춤형 회전 씰을 모두 제공할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다.

애플리케이션 시나리오 및 제품 일치

Polypac의 고온 로터리 씰이 탁월한 성능을 발휘하는 대표적인 적용 분야로는 고온 유압 펌프, 증기 터빈 베어링, 산업용 압출기, 고온 밸브, 특수 화학 공정 장비 등이 있습니다. Polypac은 각 시나리오에 대해 다음과 같은 솔루션을 제공합니다.

• 고온, 화학적으로 공격적인 유체를 위한 O-링 에너자이저가 장착된 PTFE 기반 립 씰입니다.
• 탄성 회복성이 필요한 중간~고온 회전 씰에 사용되는 FFKM 또는 특수 FKM 화합물입니다.
• 치수 안정성이 필수적인 극한 온도 회전 밀봉을 위한 흑연 함침 링 또는 PEEK 백킹 링입니다.

자주 묻는 질문

질문: 일반적인 회전 씰이 견딜 수 있는 최대 온도는 얼마입니까?

A: 재질에 따라 다릅니다. PTFE 충진재는 260°C 근처에서 연속 작동할 수 있으며, 일부 흑연 또는 금속 흑연 씰은 더 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 표준 FKM과 같은 엘라스토머는 일반적으로 최대 200~220°C까지 견딜 수 있으며, FFKM 제품은 일부 등급의 경우 300°C를 초과할 수 있습니다.

질문: 회전 씰에 FKM 대신 충전 PTFE를 사용해야 하는 경우는 언제인가요?

A: 화학적 불활성, 낮은 마찰, 그리고 높은 연속 온도 저항성이 중요하고, 립 접촉을 유지하기 위한 에너자이저(O-링 또는 스프링)를 제공할 수 있는 경우에는 충진 PTFE를 사용하십시오. 탄성 복원력, 간편한 설치, 그리고 ~200°C 미만의 온도에서 초기 비용 절감이 필요한 경우에는 FKM을 선택하십시오.

질문: 샤프트 마감은 고온 회전 씰에 어떤 영향을 미칩니까?

A: 샤프트 마감은 매우 중요합니다. 경질 열가소성 수지와 PTFE 컴파운드는 약간 거친 표면(Ra 0.2~0.8µm 범위)을 견딜 수 있는 반면, 연질 엘라스토머는 일반적으로 더 미세한 마감(Ra ≤ 0.4µm)을 필요로 합니다. 과도한 거칠기는 마모를 증가시키고, 미세 홈은 윤활유 저장고 역할을 할 수 있지만, 올바르게 지정하지 않으면 누출을 유발할 수 있습니다.

질문: 고온 회전 씰에 대해 공급업체에 요구해야 할 표준 테스트가 있습니까?

A: 네. 대표적인 온도 및 속도에서의 동적 내구성 시험, 열 노화 데이터, 압축 영구 변형률(ASTM D395), 노화 후 경도 변화를 요구합니다. 필요한 경우, 듀티 사이클을 시뮬레이션하는 장비에서 시간 대비 누설률 및 시간 대비 토크 데이터를 요청하십시오.

질문: 고온에서 압출 위험을 줄이기 위한 단계는 무엇입니까?

A: 압출 방지 백업 링을 사용하고, 글랜드 지지대를 충분히 설계하고, 압축 강도가 우수한 소재(PTFE 또는 PEEK 보강 백업 링)를 선택하십시오. 또한, 압력 스파이크를 제한하고 적절한 글랜드 치수를 유지하여 압출 간격을 줄이십시오.

연락처 및 제품 CTA

고온 회전 씰 문제를 해결하려면 Polypac에 문의하십시오.

고온용 로터리 씰이 필요한 경우, Polypac에 문의하여 소재 선택 안내, 맞춤형 설계 및 테스트 지원을 받으세요. 당사 제품군에는 O-링, 로드 씰, 피스톤 씰, 엔드페이스 스프링 씰, 스크레이퍼 씰, 로터리 씰, 백업 링, 더스트 링이 포함됩니다. 맞춤형 충진 PTFE 컴파운드, 엘라스토머 등급(FKM/FFKM), 엔지니어링 백업 솔루션 평가를 위한 견적이나 기술 상담을 요청하세요. 제품 사양 확인 및 샘플 테스트 예약을 원하시면 당사에 문의해 주세요.

참고문헌 및 출처

• 파커 해니핀, O-링 핸드북(재료 특성 데이터 및 적용 지침).
• DuPont Performance Elastomers, Kalrez 및 Viton 제품 데이터시트(FFKM 및 FKM 속성).
• 생고뱅 씰, PTFE 및 충전 PTFE 소재 가이드.
• ASTM D395 - 고무 특성에 대한 표준 시험 방법 - 압축 영구 변형.
• 폴리머 열 안정성과 밀봉 설계 관행에 대한 일반 재료 공학 텍스트입니다.